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電力電容器基礎知識及常見運行問題④
4 電力電容器常見運行問題
4.1 常見問題（并聯電容器）
（1） 投運時的涌流
產生原因： LC串聯諧振， 涌流頻率為幾百至幾千Hz，可達正常電流的數十倍， 其維持時間一般在幾十至幾百ms；
主要危害： 造成CT擊穿， 開關觸頭電磨損。
（2） 退出時的過電壓
產生原因： 開關重燃， 產生的過電壓倍數最大可達5倍以上。
主要危害： 造成電容器及相關設備過電壓擊穿。
圖4.1 開關的重燃原因
（3） 運行中的過電流及過電壓
產生原因： 電源中的高次諧波與電路的L、 C參數產生諧振。
主要危害： 長時間的過電流和過電壓。
4.2 保護措施
a. 串聯電抗器限流；
b. 采用無重燃開關（如SF 6 開關） ， 末經老練的真空開關剛投入使用時， 重燃幾率為2～6%， 運行中斷開電容電流30次后， 基本上就不重燃了；
c. 開關中增加輔助觸頭和并聯電阻；
d. 單元件熔斷絲保護；
e. 加裝避雷器保護；
f. 三相電容器組采用雙星形接法， 當其中某個電容器損壞時， 利用中性點不平衡電流啟動保護電路。
圖4.2 電容器的保護措施
圖4.3 電容器組的雙星形接法
5. 電容器試驗項目
5.1 到貨后的驗收試驗
（1） 外觀檢查；
（2） 密封性檢查；
（3） 電容量測量；
（4） 工頻耐壓試驗（通常為出廠試驗的75%） ；
（5） tanδ測量； （并聯電容器、 集合電容器不做）
（6） 絕緣油試驗（集合電容器） 。
用戶可以根據需要與廠家協商增加型式試驗或出廠試驗中的某些項目（比如沖擊試驗、局部放電測量等） 。
5.2 安裝后的驗收（交接） 試驗
（1） 測量絕緣電阻；
（2） 測量耦合電容器、 斷路器電容器的tanδ及電容值；
（3） 500kV耦合電容器的局部放電試驗（對絕緣有懷疑時） ；
（4） 并聯電容器交流耐壓試驗；
（5） 沖擊合閘試驗
5.3 預防性試驗
（1） 極對外殼絕緣電阻測量（集合電容器增加相間） ；
（2） 電容量測量；
（3） 外觀及滲漏油檢查
（4） 紅外測溫；
（5） 測量tanδ（并聯電容器及集合電容器不做） ；
（6） 低壓端對地絕緣電阻（耦合電容器） ；
（7） 交流耐壓和局部放電試驗（耦合電容器， 必要時） ；
（8） 絕緣油試驗（集合電容器） 。
6. 電容器的試驗方法
6.1 外觀檢查
外觀檢查主要是觀察電容器是否存在變形、 銹蝕、滲油、 過熱變色、 鼓脹等問題。
6.2 密封性檢查
用戶一般只能采用加熱的方法，在不通電的情況下將試品加熱到最高允許溫度加20℃的溫度，并維持一段時間（2小時以上），仔細檢查容易產生滲油的部位。
6.3 絕緣電阻測量
6.3.1 基本概念
在夾層絕緣體上施加直流電壓后， 會產生三種電流， 如圖6.1所示。
圖6.1 夾層絕緣體的等值電路
1) 電導電流i R ， 與絕緣電阻有關；
2） 電容電流i C ， 與電容量有關；
3） 吸收電流i 1 ， 由絕緣介質的極化過程引起。
一般認為電容電流衰減很快，吸收電流的衰減時間較長，對絕緣電阻的測量影響較大，這種分析只是在電容量C比較小的情況下才成立。當電容量較大、而兆歐表又不能提供較大的充電電流時，電容電流反而會成為影響測量結果的主要因素。試品電容量越大，對兆歐表的短路輸出電流要求越高。
表6. 1 對兆歐表短路電流的要求（參考值）
6.3.2測量方法
1） 測量部位： 并聯電容器只測量兩極對外殼的絕緣電阻； 分壓電容器以及均壓電容器測量極間絕緣電阻；耦合電容器測量極間及低壓電極對地的絕緣電阻；
2） 測量接線： 兆歐表的L端子接被試設備的高壓端，E端子接設備的低壓端或地，當需要屏蔽其它非被試設備時， 兆歐表的屏蔽端G與其它非被試設備連接；
3） 測量步驟：
a． 測量前應將電容器兩極對地短接充分放電5分鐘以上； （放電）
b． 兆歐表建立電壓后分別短接L、 E端子和分開L、 E端子， 兆歐表應顯示零或無窮大； （效驗）
c． 兆歐表的高壓端子L與被試品的連接或分開均應在兆歐表建立電壓的情況下進行； （準確、 反充電）
d． 測量吸收比時記錄15秒和60秒時的絕緣電阻； 測量極化指數時記錄1分鐘和10分鐘的絕緣電阻值；
e． 測量后應將電容器兩極對地短接放電5分鐘以上。
6.4 電容量測量
（1） 電壓電流法
試驗接線見圖6.2。
圖6.2 電壓電流法測量電容量
電容量的計算：
(6.1)
式中：
I： 電流， A
U： 電壓， V
ω ： ω = 2πf， 電源頻率為50Hz時， ω =314
如果取電壓U=159. 2 V， Cx的單位為μ F， 側有：
Cx=20 I(μF) (6.2)
成套的電容、電感測量裝置，其原理一般是基于電壓電流法，有些儀器為了避開50Hz的電源干擾，采用低于或高于50Hz的電源進行測量，儀器采用開口CT測量電流， 因此在測量時不用打開電容器的連接線， 儀器自 動根據電壓和電流值計算電容值或電感值。
（2） 雙電壓表法
（3） 電橋法
在采用電橋測量時，試驗前應估算試驗中的電容電流值， 以便確定試驗電源的容量和選擇儀器的量程。
（4） 電容表法
適合測量單個電容器的電容量。
6.5 tanδ測量
6.5.1 tanδ的概念
電容器中介質損耗的組成：
（1） 泄漏電流引起的損耗；
（2） 介質極化損耗；
（3） 局部放電引起的損耗。
tanδ是電容器的有功損耗
P與電容器消耗的無功功率Q 圖6.3 介質損耗角
的比值：
δ為介質損耗角。
圖6.4 串聯等值電路
串聯等值電路和并聯等值電路可以互相轉換， 而且有： R b ＞＞R C
圖6.5 并聯等值電路
6.5.2 多個元件電容器的tanδ
多元件的電容器總的介質損耗為：
（1） 多個不相同的元件并聯
為了便于分析， 電容元件也采用并聯等值電路。
圖6.6 多元件并聯
此時各元件的有功損耗和無功損耗各為：
式中， X = 1～n， 將這些關系代入(6. 6) 式， 整理后可得：
（2） 多個不相同的元件串聯為了便于分析， 電容元件也采用串聯等值電路
圖6.7 多元件串聯
將以上關系代入(6. 6) ， 整理后可得：
（3） 只有兩個不同的元件并聯或串聯并聯時：
（4） 多個相同元件串聯或并聯
即正常情況下總體介質損耗因數與單元件的介質損耗因數相等。現假定元件總數為50個， 正常單個元件的tanδ為0.2%。
a． 第一種情況， 某個元件的tanδ增大為5倍：
b． 第二種情況， 其中一個元件的tanδ 為零：
計算結果說明總體介質損耗因數總是小于元件中的最大值而大于元件中的最小值，元件數越多，總體的變化越不明顯，說明總體tanδ對個別元件的缺陷不靈敏。
6.5.3 tanδ測量
一般用交流電橋測量，電橋的幾種接線方式如下。
圖6.8 電橋的三種接法
a． 正接法： 適用于電容器無接地端的情況， 測量準確度高， 電橋測量電路處于低電位， 比較安全；
b． 反接法： 適用于電容器一端接地的情況，測量結果受引線對地電容的影響，所以測出的電容值比正接法大，不能反映真實的電容值。電橋測量電路處于高電位， 安全性差；
c． 角接法： 適用于電容器一端接地的情況，測量結果受升壓器、引線的對地電容影響，準確性稍差，但由于電橋的測量電路位于低電壓，安全性好。
6.5.4 測量注意事項
（1） 由于試驗設備容量的原因， 目 前不要求測量并聯電容器的tanδ。
（2） 耦合電容器電容量相對也較大，試品本身容抗小，受與其串聯的接觸電阻、接地電阻影響比較大，應注意：
a. 試驗接線接觸必須良好；
b. 接地線應可靠接地， 最好接在設備的接地端上；
c. 如果采用地刀接地， 應防止地刀接地不良造成的測量誤差。
6.6 交流耐壓試驗
6.6.1 概述
（1） 交接時只對并聯電容器進行。試驗電壓加在電極引線與外殼之間，主要檢查外包油紙絕緣、油面下降、 瓷套污染等缺陷。
（2） 對耦合電容器必要時進行交流耐壓試驗。（按出廠試驗值的75%考慮）
（3） 為了減小試驗設備容量， 通常都采用串聯或并聯諧振法進行。
（4） 測量高壓的電壓表或分壓器應直接接在被試品的高壓端上
6.6.2 常規試驗方法
圖6.9 常規交流耐壓試驗接線
注意事項：
1） 電壓表的高壓端子必須直接接在被試品的高壓端子上；
2） 升壓速度在試驗電壓的75%以下時不規定升壓速度，但從75%試驗電壓升到100%試驗電壓則要求升壓速度為每秒2%，即在12.5秒左右升到100%試驗電壓值， 避免在接近規定試驗電壓附近停留太久的時間。
3） 試驗前后要做好高壓試驗的安全措施。
6.6.3 串聯諧振交流耐壓試驗
圖6.10 串聯諧振法交流耐壓試驗接線(調感式)
串聯諧振的特點：
在試驗回路中， 由于電容器也存在一定的損耗，相當于增大了損耗電阻R， 所以試驗回路總的等效品質因數Q S 會比電抗器的Q值要小一些：
一旦試品擊穿， X C 變為零， 諧振條件被破壞， 此時回路阻抗變為：
試品擊穿后電流為：
即： 串聯諧振耐壓中一旦試品擊穿， 回路電流就會下降為Q份之一， 不存在過電流的問題， 所以試驗比較安全。
串聯諧振耐壓的優點：
（1） 減小升壓器輸出電壓為試驗電壓的Q份之一， 從而減小試驗設備容量；
（2） 試品擊穿后電流下降為原來的Q份之一， 比較安全。
（3） 不需要串接限流電阻。
6.6.4 并聯諧振交流耐壓試驗
圖6.11 并聯諧振法 (調感式)交流耐壓
并聯諧振特點：
并聯諧振耐壓試驗特點：
（1） 試驗電流為試品電流的Q份之一， 從而減小試驗設備容量；
（2） 試品擊穿時試驗電流可能會增加， 過流保護應可靠；
（3） 需要串接限流電阻。
6. 6. 5 諧振耐壓的調諧方式
1） 電路參數的計算前面已介紹通過調節電路的電感、 電容或頻率都可以使電路達到諧振狀態。 試驗標準規定工頻耐壓時的頻率范圍為45Hz～65Hz， 在選擇電路參數時應滿足這一要求。當頻率為50Hz、電容的單位為μF、電感的單位為H時，可按下式估算電感或電容：
對于調感或調容裝置， 可通過微調電感量或電容量使電路達到諧振狀態。 如果采用調頻裝置， 確定電感或電容后， 再按下式計算實際的諧振頻率：
如果頻率落在45Hz～65Hz范圍內， 電感L或電容C就不用再調整， 如果頻率超過65Hz， 應增加電感量或電容量； 如果頻率低于45Hz， 應減小電感量或電容量。
2） 調諧方法
調諧時應在約10%額定試驗電壓下進行。 串聯諧振法在調諧過程中主要是監視回路的電流和試品上的電壓， 當回路電流或被試品上的電壓達到最大
時， 說明回路已經達到諧振狀態； 并聯諧振法在調諧時主要是監視電源的電流， 當電源電流下降到最小時， 說明回路已經達到諧振狀態。 回路達到諧振
狀態后，再按正常的升壓速度升壓試驗。
相關文章：電力電容器基礎知識及常見運行問題③
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